[发明专利]温度-渗流-应力耦合作用下承压水导升带高度确定方法

说明书

本发明公开了一种温度‑渗流‑应力耦合作用下承压水导升带高度确定方法，解决了测量并计算承压水导升带高度的技术问题，该方法的步骤包括：对比完整岩层和承压水导升带内的温度场的差异指标；确定实际地温梯度值；确定煤体和岩体的材料参数，材料参数包括渗透率、孔隙率、密度、强度、导热系数和比热容；运用COMSOL软件建模后进行数值计算得到地温梯度和地温等值线结果；根据地温梯度和地温等值线结果确定承压水导升带与完整岩层的分界线；根据水文钻孔测量确定承压水导升带与完整岩层的分界线；根据分界线位置确定承压水导升带高度。本方法综合确定承压水导升带高度，计算结果更准确，实际操作更方便，施工量更少。

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，尤其是一种在温度-渗流-应力的耦合作用下承压水导升带高度的确定方法。

背景技术

在煤矿开采中，巷道开拓和工作面回采会对煤层底板造成影响，在煤层底板区域存在“下三带”，从煤层底面至承压含水层顶面分别为底板导水破坏带、完整岩层带和承压水导升带。其中，在承压水导升带部分承压水可沿含水层顶面以上隔水的裂隙导升，因此将充水裂隙分布的范围称为承压水导升带。承压水导升带受开采矿压作用影响，原始的导升裂隙范围有可能扩大，通常所指的承压水导升带高度带为受开采扰动影响后的充水裂隙发育高度。

目前，承压水导升高度带的确定方法有物探法、钻探法和统计分析法。其中物探法最常用的是电法，通过在井下巷道内用电探测方法测量低值异常区，从而预测承压水导升高度带高度；钻探法是指在底板内打钻孔，通过对钻孔取样的分析判断地层变化、岩性差异和地层含水量等信息来判断承压水导升带的高度；统计分析法是当井下物探法和钻探法受地质条件限制时，对以往勘探钻孔资料进行统计分析后确定承压水导升带高度。上述方法在确定承压水导升带高度时需要大量的现场测量工作，现场工作量大操作不便，并且存在准确性不高的问题，不能及时测量当前的承压水导升带高度，因此现有技术存在不足，需要进一步的改进。

发明内容

为解决承压水导升带高度测量不方便，精确度不高的技术问题，本发明提供了一种温度-渗流-应力耦合作用下承压水导升带高度确定方法，具体技术方案为：

温度-渗流-应力耦合作用下承压水导升带高度确定方法，包括以下步骤：

步骤A.对比确定完整岩层和承压水导升带内的温度场的差异指标，所述差异指标包括地温梯度值和地温等值线分布规律；

步骤B.根据实测地温数据确定实际地温梯度值，以及承压水导升带与完整岩层的对比分界线；

步骤C.对现场煤体和岩体进行取样，进行室内实验测量确定煤体和岩体的材料参数，运用COMSOL软件建模，利用所述材料参数对模型进行数值计算，得到模拟地温梯度和模拟地温等值线结果；

步骤D.根据模拟地温梯度和模拟地温等值线结果确定承压水导升带与完整岩层的模拟分界线；

步骤E.根据水文钻孔测量数据确定承压水导升带与完整岩层的初始分界线；

步骤F.根据对比分界线、模拟分界线和初始分界线位置确定承压水导升带高度。

优选的是，材料参数包括渗透率、孔隙率、密度、强度、导热系数和比热容。

进一步优选的是，步骤C中运用COMSOL软件建模并进行数值计算的步骤包括：

(1)根据实际工程数据建立几何模型；

(2)使用材料参数对几何模型进行赋值；

(3)添加多物理场耦合接口；通过达西定律接口添加承压水条件来模拟渗流场，通过传热接口添加温度条件来模拟温度场，通过力学接口添加重力条件、采动条件和边界应力条件来模拟应力场；

(4)进行数值计算，输出模拟地温梯度和模拟地温等值线数值模拟结果。